Выбор тампонажных материалов

 

Тампонажные материалы и растворы на их основе должны соответствовать диапазону статических температур в скважине по всему интервалу цементирования.

Применение цемента без проведения лабораторного анализа для условий предстоящего цементирования этой колонны запрещается.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

С целью надежного разобщения продуктивных пластов эксплуатационную колонну необходимо цементировать высококачественным тампонажным цементом класса ПЦТ-I-G-100 ГОСТ 1581-96.

Цемент класса ПЦТ-I-G-100 является высокочистым портландцементом, отличается повышенной разобщающей и изолирующей способностью, а цементный камень -повышенной прочностью и адгезией, низкой проницаемостью.

Для цементирования кондуктора планируется использовать цемент ПЦТ-I-G-50 ГОСТ 1581-96.

Тампонажные смеси должны готовиться на централизованной базе с помощью специальных дозировочных устройств. В качестве ускорителя схватывания цемента при цементировании направления и кондуктора рекомендуется использовать хлористый кальций.

Выбор буферной жидкости и плотности тампонажного раствора

 

Буферная жидкость предназначена для разделения тампонажного и промывочного растворов, а также для смывания глинистой корки со стенок скважины.

В качестве буферных жидкостей в зависимости от условий используются:

- Техническая вода с вязкоупругим раствором (ВУР) или без него;

- Растворы солей с ВУРом или без него;

- Утяжелённая буферная жидкость на полимерной основе;

- Растворы кислот с ВУРом или без него;

- Нефть или дизельное топливо с ВУРом или без него;

- Незамерзающая буферная жидкость или дизельное топливо.

В данном случае в качестве буферной жидкости используем:

1. Под направление: вода техническая.

2. Под кондуктор: вода пресная, вода техническая.

3. Под промежуточную колонну: вода техническая.

4. Под эксплуатационную колонну: вода техническая.

Плотность тампонажного раствора выбираем исходя из двух условий:

а) минимальная плотность тампонажного раствора должна превышать плотность промывочной жидкости на 200-300 кг/м³, и рассчитывается:

.

б) максимальная плотность тампонажного раствора ограничивается условием недопущения гидроразрыва наиболее слабого пласта, вскрытого скважиной в интервале цементирования, и рассчитывается:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

,

где Р_гр – градиент давления гидроразрыва слабого пласта, МПа; L – глубина спуска обсадной колонны, м; L_п – глубина залегания подошвы слабого пласта, м; h – высота подъёма тампонажного раствора, м.

Произведём расчёт плотности тампонажного раствора под обсадные колонны:

1. Под направление:

ρ_нп=1130+200=1330 кг/м³.

ρ_вп=(920000-1130*9,81*(150-150))/9,81*(60-(150-150))=1563 кг/м³.

2. Под кондуктор:

ρ_нп=1330 кг/м³.

ρ_вп=4080000/9,81*230=1808 кг/м³.

3. Под эксплуатационную колонну:

ρ_нп=1270 кг/м³.

ρ_вп=19400000/9,81*1088=1817 кг/м³.

Выбираем для эксплуатационной колонны плотность тампонажного раствора 1800 кг/м³.

Расчёт количества материалов для приготовления

Тампонажного раствора

 

 

Определив плотность цементного раствора, выбираем водоцементное отношение для его приготовления по таблице 24.

 

Таблица №24

 

Плотность тампонажного раствора, кг/м^3
Водоцементное отношение	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0

 

 

При плотности раствора 1800 кг/м³ примем водоцементное отношение равным 0,56.

Рассчитываем необходимую плотность тампонажной смеси:

,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

где ρ_тр – плотность тампонажного раствора; m – водоцементное отношение; ρ_в – плотность жидкости затворения.

ρ_т=1800/(1-0,56*(1800/1000-1)=3273 кг/м³.

Количество тампонажного материала, потребного для приготовления 1 м³ раствора:

,

где ρ_тр – расчётная плотность тампонажного раствора; ρ_в – плотность жидкости затворения; ρ_т – средняя плотность твёрдой фазы для приготовления тампонажного раствора.

G=3273*(1800-1000)/(3273-1000)=1152 кг.

Общее количество сухого тампонажного материала, необходимого для приготовления всего заданного объёма раствора, определяют по формуле:

,

где К_ц=1,03-1,05 – коэффициент, учитывающий потери цемента при погрузочно-разгрузочных работах; V_цр – необходимый объём цементного раствора, определяемый по формуле:

.

V_цр=0,785*480*((0,324-0,0073)²-0,245²)+0,785*2610*(0,2159²-0,178²)=15,175+30,5868=45,7618 м³.

G_о=1,05*1152*45,7618=55353,47 кг.

Объём воды, необходимый для приготовления 1 м³ цементного раствора, определяют по формуле:

.

V_в=1152*0,56=645 л.

Расход сухого цемента на 1 м³ воды затворения определяют по формуле:

.

G₁=1000/0.56=1785,7 кг.

Общий объём воды, необходимый для затворения всего тампонажного материала, определяем по формуле:

,

где К_в=1,08-1,1 – коэффициент, учитывающий потери воды при выполнении операций цементирования.

V_о=1,1*55353,47*0,56=34,09 м³.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

Технологический регламент на крепление скважины

Высота подъема буферной жидкости:

,

где - коэффициент аномальности пластового давления. Следовательно:

.

Определим забойную температуру в скважине при промывке. Так как продолжительность промывки перед цементированием равна 90 минут, то забойная температура перед промывкой равна:

.

Предположим, что разность между температурой выходящего из скважины потока и температурой промывочной жидкости составляет . Тогда температура на забое перед началом цементирования

Определим реологические свойства цементного раствора при . Находим примерные значения ДНС: и пластической вязкости: .

Определим критические значения скорости восходящего потока в заколонном пространстве для промывочной жидкости:

,

для цементного раствора:

.

Изм.Изм.

ЛистЛист

№ докум.

ПодписьПодпись

Дата

ЛистЛист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

Следовательно, для цементирования при турбулентном режиме скорость восходящего потока в заколонном пространстве должна быть не менее:

.

Для проверки допустимой скорости течения промывочной жидкости определим коэффициенты местных сопротивлений:

;

и коэффициент

;

где - длина трубы.

Тогда предельно допустимая скорость восходящего потока промывочной жидкости при турбулентном режиме:

Следовательно, поддерживать скорость можно.

Определим долю объема цементного раствора, которую возможно вытеснить в заколонное пространство при турбулентном режиме течения в заколонном пространстве.

Следовательно, относительный объем цементного раствора, который можно вытеснить в заколонное пространство при турбулентном режиме течения должен быть не более

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

.

Принимаем для рассматриваемой задачи 0,15.

Найдем потребный объем цементного раствора:

где К_р≥1,0 – коэффициент резерва.

Потребный объем продавочной жидкости:

.

где h₀=20м - расстояние от башмака колонны до посадочного седла для нижней пробки; К_с≥1,0 – коэффициент сжатия.

Потребный объем буферной жидкости:

.

К_р≥1,0 – коэффициент, учитывающий потери в циркуляционной системе.

Определим расход материалов для приготовления цементного раствора:

- необходимое количество твердой фазы на 1 м³ раствора

.

- количество цементного порошка на 1 м³ раствора

.

- общий расход цементного порошка для приготовления 1 м³ раствора

.

к_т.ц. – коэффициент, учитывающий потери цемента при затаривании смесительных машин и приготовлении раствора;

- потребный объем воды для приготовления раствора

.

Определим необходимое количество смесительных машин. Наиболее современными являются машины ЗАС-30, которые снабжены пневматической системой подачи цементного порошка и водоподающим насосом. Удельная насыпная масса цементно-песчаной смеси выбранного выше состава равна . Потребное число смесительных машин:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

u_см=13 м³ объем бункера.

Определим предельно допустимую суммарную производительность цементировочных насосов:

Производительность одной смесительной машины не должна превышать

.

Найдем объемную скорость подачи сухой тампонажной смеси, которая необходима для приготовления раствора с данной производительностью:

.

Подача воды в гидросмеситель должна быть:

.

Выбираем цементировочные насосы для закачки цементного раствора. Применим агрегаты ЗЦА-400. Необходимое число таких агрегатов:

.

Суммарная производительность смесительных машин и цементировочных насосов равна:

,

а производительность одного насоса: .

Найдем скорость течения жидкости в колонне в период закачки:

.

Скорость течения в колонне (5,6 м/с) и в заколонном пространстве (2,40 м/с) больше критической (2,22 м/с), следовательно, режим течения в период закачки цементного раствора будет всюду турбулентный.

Определим гидравлические сопротивления в начальный момент закачки:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

.

.

Следовательно, давление в цементировочной головке в начальный момент закачки:

.

Определим давление в цементировочной головке в конце продавки при турбулентном режиме течения.

Высота столба цементного раствора, который еще останется в колонне:

.

Разность статических давлений столбов жидкостей в заколонном пространстве и колонне:

.

Скорость течения жидкости на первом этапе продавки:

.

Гидравлические сопротивления в обсадной колонне:

.

.

Гидравлические сопротивления в заколонном пространстве:

.

.

Давление в цементировочной головке:

.

Суммарная производительность цементировочных насосов на первом этапе продавки:

.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

В конце первого этапа продавки насосы должны создавать давление более 8,25 МПа, целесообразно установить втулки диаметром 125мм. При таких втулках расход будет 18,7·10^-3м³/с при давлении до 14МПа. Необходимое число ЗЦА-400:

Для заключительного этапа продавки используем один цементировочный агрегат, насос которого подает 8,6·10^-3м³/с. Тогда скорость течения в колонне:

.

в заколонном пространстве:

.

Определим гидравлические сопротивления в конце цементирования. Находим параметр S для потока продавочной жидкости в обсадной колонне:

.

Этому значению соответствует β=0,89. Гидравлические сопротивления в обсадной колонне

.

Параметр S для участка заколонного пространства, заполненного цементным раствором:

.

Этому значению соответствует β_к=0,83. Гидравлические сопротивления на рассматриваемом участке:

.

Рассчитаем давление в цементировочной головке в конце цементирования. Разность статических давлений столбов жидкостей в заколонном пространстве и в обсадной колонне:

Конечное давление

Изм.Изм.

ЛистЛист

№ докум.№ докум.

ПодписьПодпись

Дата

ЛистЛист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

.

Определяем время цементирования:

,

где ,

где принимаем – 2 .

.

.

- суммарная производительность всех агрегатов за минусом одного резервного.

Расчетное время цементирования должно быть меньше 0,75 от времени схватывания цементного раствора, которое определяется в лаборатории. Для расчета принимаем 180 мин.

Условие выполняется.

 

2.3.6 Проверка обсадных колонн на герметичность после ОЗЦ

 

 

Продолжительность твердения цементных растворов для кондукторов - 16 ч, а для промежуточных и эксплуатационных колонн - 24 ч.

По истечении срока схватывания и твердения цементного раствора в скважину спускают электротермометр для опреде­ления фактической применяют и другие методы:

гамма-гамма-каротаж (ГГК) основано на измерении разности плотностей цементного камня и глини­стого paствopа. Сущность метода ГГК заключается в измере­нии рассеянного гамма-излучения от источника, помещенного на некотором расстоянии от индикаторов.

В последние годы широко используется акустический метод контроля качества цементирования скважин. Он основан на том, что часть обсадной колонны, не закрепленная цементным камнем, при испытании акустическим зондом характеризуется колебаниями значительно больших амплитуд по сравнению с высококачественно зацементированной колонной.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

УГТУ.57.130504.51.092ПЗ.

Далее проверяют колонну на герметичность. В разведочных скважинах герметичность колонны проверяют снижением уровня жидкости, если плотность бурового раствора была менее 1400 кг/м³, или заменой более тяжелого бурового раствора на воду. Колонна считается выдержавшей испытание, если уровень жидкости в течение 8 ч поднимается не более чем на 1 м в 146- и 168-мм колоннах и на 0,5 м в 194- и 219-мм колоннах и больше (не считая первоначального повышения уровня за счет стока жидкости со стенок колонны).

Для испытания обсадных колонн опрессовкой обычно пользуются цементировочным агрегатом. Для испытания обсадных колонн на герметичность путем понижения уровня пользуются компрессором или желонкой, опускаемой в скважину на канате.

При испытании на герметичность может оказаться, что колонна негерметична. Одно из первоначальных мероприятий по устранению негерметичности - определение места утечки в колонне. Для этого проводят исследования резистивиметром, который служит для измерения удельного сопротивления жидкости. После замера электросопро-тивляемости однородной жидкости внутри колонны получают диаграмму равного сопротив­ления, выраженную прямой линией по оси ординат. Вызывая снижением уровня в колонне приток воды и вновь замеряя сопротивление, получают другую диаграмму, точки отклонения которой от первой диаграммы связаны с местом течи в колонне.

После установления места течи в колонне производят дополнительное

цементирование по способу Н.К.Байбакова, опуская трубы, через которые будет прокачиваться цементный раствор, на 1-2 м ниже места течи.